Luận văn Tổng hợp, nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử 2-hydroxynicotinat và 1,10–phenantrolin của một số nguyên tố đất hiếm nặng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ LAN ANH TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT HỖN HỢP PHỐI TỬ 2-HYDROXYNICOTINAT VÀ 1,10-PHENANTROLIN CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NẶNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ LAN ANH TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT HỖN HỢP PHỐI TỬ 2-HYDROXYNICOTINAT VÀ 1,10-PHENANTROLIN CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NẶNG Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HIỀN LAN THÁI NGUYÊN - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong một công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn NGUYỄN THỊ LAN ANH Xác nhận của Trƣởng khoa Hóa học Xác nhận của giáo viên hƣớng dẫn Khoa học PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan i LỜI CẢM ƠN Với tấm lòng thành kính, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới cô giáo - PGS. TS. Nguyễn Thị Hiền Lan - người hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn Hóa Học Ứng Dụng, khoa Hóa Học, phòng Đào tạo, thư viện Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn bè cùng những người thân yêu trong gia đình đã luôn giúp đỡ, quan tâm, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt khóa học. Thái Nguyên, tháng 09 năm 2017 ii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan .................................................................................................................. i Lời cảm ơn .................................................................................................................... ii Mục lục ........................................................................................................................ iii Các kí hiệu viết tắt ........................................................................................................ iv Danh mục bảng biểu ...................................................................................................... v Danh mục các hình ....................................................................................................... vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 2 1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng ...... 2 1.1.1. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) ........................................ 2 1.1.2. Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm .................................................. 5 1.2. Axit cacboxylic, 1,10- phenantrolin và cacboxylat kim loại .................................. 7 1.2.1. Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của các axit monocacboxylic ............... 7 1.2.2 Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của 1,10 - Phenantrolin ......................... 9 1.2.3 Các cacboxylat thơm của kim loại ....................................................................... 9 1.3. Một số phương pháp hoá lí nghiên cứu phức chất................................................ 11 1.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ............................................................... 11 1.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt ............................................................................. 14 1.3.3. Phương pháp phổ khối lượng ............................................................................. 16 1.3.4. Phương pháp phổ huỳnh quang ......................................................................... 18 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, MỤC ĐÍCH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 20 2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... 20 2.2. Mục đích, nội dung nghiên cứu ............................................................................ 20 2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 20 2.3.1. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng ion đất hiếm trong phức chất ...... 20 2.3.2. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ............................................................... 21 2.3.3. Phương pháp phân tích nhiệt ............................................................................. 22 2.3.4. Phương pháp phổ khối lượng ............................................................................. 22 2.3.5. Phương pháp phổ huỳnh quang ......................................................................... 22 iii Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................ 23 3.1. Dụng cụ và hoá chất.............................................................................................. 23 3.1.1. Dụng cụ .............................................................................................................. 23 3.1.2. Hóa chất ............................................................................................................. 23 3.2. Chuẩn bị hoá chất ................................................................................................. 23 3.2.1. Dung dịch LnCl3 ................................................................................................ 23 3.2.2. Dung dịch NaOH 0,1M ..................................................................................... 24 -2 3.2.3. Dung dịch EDTA 10 M .................................................................................... 24 3.2.4. Dung dịch Asenazo III ~ 0,1% .......................................................................... 24 3.2.5. Dung dịch đệm axetat có pH ≈ 5 ....................................................................... 24 3.3. Tổng hợp phức chất .............................................................................................. 25 3.4. Phân tích hàm lượng của ion đất hiếm trong phức chất ....................................... 25 3.5. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ............... 26 3.6. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt ............................. 31 3.7. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng ............................ 34 3.8. Nghiên cứu khả năng phát huỳnh quang của các phức chất ................................. 39 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 44 iv CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT HNic : Axit 2-hyđroxynicotinic Nic- : Hyđroxynicotinat Phen : 1,10 - phenantrolin Ln : Nguyên tố lantanit NTĐH : Nguyên tố đất hiếm EDTA : Etylendiamintetraaxetat CTCT : Công thức cấu tạo Hfac : Hecxafloroaxeylaxeton Leu : L – Lơxin iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Một số đại lượng đặc trưng của các NTĐH .................................................. 3 Bảng 3.1. Hàm lượng ion kim loại trong các phức chất .............................................. 26 Bảng 3.2. Các số sóng hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử và -1 phức chất (cm ) .......................................................................................... 29 Bảng 3.3. Kết quả phân tích nhiệt của các phức chất .................................................. 33 Bảng 3.4. Các mảnh ion giả thiết trong phổ khối lượng của các phức chất ................ 36 v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit 2-hydroxynicotinic ................................... 26 Hình 3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của 1,10-phenantrolin .......................................... 27 Hình 3.3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Tb(Nic)3Phen................................................. 27 Hình 3.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Dy(Nic)3Phen ................................................ 28 Hình 3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Ho(Nic)3Phen ................................................ 28 Hình 3.6. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Yb(Nic)3Phen ................................................ 29 Hình 3.7. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Tb(Nic)3Phen .................................. 31 Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Dy(Nic)3Phen ................................. 31 Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Ho(Nic)3Phen ................................ 32 Hình 3.10. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Yb(Nic)3Phen .............................. 32 Hình 3.11. Phổ khối lượng của phức chất Tb(Nic)3Phen ........................................... 34 Hình 3.12. Phổ khối lượng của phức chất Dy(Nic)3Phen ........................................... 34 Hình 3.13. Phổ khối lượng của phức chất Ho(Nic)3Phen ........................................... 35 Hình 3.14.Phổ khối lượng của phức chất Yb(Nic)3Phen ............................................ 35 Hình 3.15. Phổ phát xạ huỳnh quang của phức chất Tb(Nic)Phen............................ 40 Hình 3.16. Phổ phát xạ huỳnh quang của phức chất Dy(Nic)3Phen ......................... 41 vi MỞ ĐẦU Tổng hợp và nghiên cứu phức chất là một trong những hướng phát triển ưu tiên của hóa học vô cơ hiện đại, trong những năm gần đây các phức chất đất hiếm tạo bởi phối tử là axit cacboxylic thơm và tạo bởi hỗn hợp phối tử là lĩnh vực nghiên cứu mang nhiều tiềm năng, vì những giá trị của chúng trong nghiên cứu khoa học và trong nghiên cứu ứng dụng. Hơn hai mươi năm trở lại đây, hóa học phức chất của các cacboxylat phát triển rất mạnh mẽ. Sự đa dạng trong kiểu phối trí (một càng, vòng - hai càng, cầu - hai càng, cầu - ba càng) và sự phong phú trong ứng dụng thực tiễn đã làm cho phức chất cacboxylat kim loại giữ một vị trí đặc biệt trong hóa học các hợp chất phối trí. Các cacboxylat kim loại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích, tách, làm giàu và làm sạch các nguyên tố, là chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, chế tạo các vật liệu mới như vật liệu từ, vật liệu siêu dẫn, vật liệu phát huỳnh quang. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ trong lĩnh vực chế tạo vật liệu mới thì hướng nghiên cứu các cacboxylat thơm lại càng có giá trị. Các phức chất này có nhiều tiềm năng ứng dụng trong khoa học vật liệu để tạo ra các chất siêu dẫn, các đầu dò phát quang trong phân tích sinh học, vật liệu quang điện. Với mục đích góp phần vào việc nghiên cứu về lĩnh vực phức chất hỗn hợp cacboxylat kim loại, chúng tôi tiến hành “Tổng hợp, nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử 2-hydroxynicotinat và 1,10–phenantrolin của một số nguyên tố đất hiếm nặng”. Chúng tôi hy vọng các kết quả thu được sẽ góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất của đất hiếm với hỗn hợp phối tử có vòng thơm. 1